基于壓電馬達的觸覺響應解決方案

隨著觸摸屏在手持式消費類設備中逐步替代機械按鍵，由于缺乏觸覺響應，消費者開始提出對實時響應的需求。用戶已經(jīng)習慣了按鍵按下時表示成功操作按鍵輸入的機械觸感，如圖1所示鍵盤。近來，由于缺乏好的觸覺反饋設計，從而帶動了電子觸覺響應系統(tǒng)的需求。

圖1. 基于軟件的按下激活按鍵

　　使用壓電驅動實現(xiàn)觸覺反饋是一種比較有前途的方法，這種方式已經(jīng)在少數(shù)消費類設備中應用了很多年。壓電式觸覺反饋具有很多優(yōu)點，包括：快速響應、超薄外觀、低功耗以及大量可以利用的壓電材料和組裝工藝。

　　壓電特性和比較

　　壓電材料有各種不同的形狀、尺寸、厚度、電壓范圍、作用力和額定電容，可以加工成特定形狀，以滿足特殊應用及封裝的需求，并可以提供單層和多層結構。多個壓電體可以實現(xiàn)較強的觸覺反饋和多種不同的觸感。

　　工作在諧振點及其附近的壓電驅動應用包括：

　　●振動激勵和消除

　　●微型泵

　　●微型雕刻系統(tǒng)

　　●超聲鉆孔/焊接/雕刻/解剖/計量

　　工作在諧振點以下的應用包括：

　　●觸覺響應

　　●圖像穩(wěn)定

　　●自動對焦系統(tǒng)

　　●纖維光學校準

　　●結構變形

　　●磨損補償

　　壓電工作原理

　　低于諧振頻率時，壓電體可以簡單地用一個電容模擬。當直流電壓加在壓電體兩端，構造和物理形狀不同的壓電體會產(chǎn)生不同的形變（圖2）。

圖2. 簡化壓電體模型

　　庫侖定律指出Q＝CV，但在壓電體中電容不是常數(shù)，這是因為電容極板間距會隨著電壓變化而變化。

　　當對壓電體施加電壓時，由于極板間距離發(fā)生變化（圖3A），電容量也會隨之改變。壓電體位移正比于電場強度，而電場強度是極板間電壓和距離的函數(shù)。外加電壓和壓電驅動器產(chǎn)生的作用力保持著合理的正比關系（圖3C）。

　　在大多數(shù)壓電驅動器移動范圍內(nèi)，壓電體等效電容的電荷與位移量都保持近似正比關系。如果等效電容極板間沒有漏電流，即使極板與電壓源斷開，仍能夠保持位移量。

圖3. 位移量和作用力與外加電壓

　　作用力正比于壓電體外加電壓（圖3）。作用力（相對于時間）是影響觸覺響應的主要因素，它決定了用戶的感覺，使用多層壓電體可以改進位移量。